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3d打印,如何讓設(shè)計(jì)制造更環(huán)保?

魔猴君  行業(yè)資訊   3534天前

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全國(guó)兩會(huì)前夕,工信部正式發(fā)布《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016年)》(以下簡(jiǎn)稱《推進(jìn)計(jì)劃》)。該計(jì)劃提出,3d打印的發(fā)展目標(biāo)為:到2016年,我國(guó)將初步建立較為完善的增材制造(俗稱“3d打印”)產(chǎn)業(yè)體系,整體技術(shù)水平保持與國(guó)際同步。

首份“國(guó)家計(jì)劃”,令國(guó)內(nèi)3d打印行業(yè)歡欣鼓舞,同樣“笑”了的還有環(huán)保行業(yè)。日前,tct亞洲峰會(huì)首次在上海舉行,會(huì)上所展出的3d打印技術(shù),也預(yù)示著這項(xiàng)高新技術(shù)與環(huán)保產(chǎn)業(yè)的融合愈加密切。

國(guó)家計(jì)劃對(duì)標(biāo)國(guó)際水平

《推進(jìn)計(jì)劃》要求,在產(chǎn)業(yè)化方面,3d打印產(chǎn)業(yè)銷售收入要實(shí)現(xiàn)年均增速30%以上的快速增長(zhǎng),形成兩三家具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的3d打印企業(yè)。在行業(yè)應(yīng)用上,3d打印要成為航空航天等高端裝備制造及修復(fù)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段,初步成為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)意及個(gè)性化產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)手段,以及新藥研發(fā)、臨床診斷與治療的工具,在全國(guó)形成一批應(yīng)用示范中心或基地。

在世界3d打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)羅軍看來(lái):“該《推進(jìn)計(jì)劃》對(duì)3d打印行業(yè)最主要的影響是增加了大家的信心,之前3d打印都是民間自發(fā)推動(dòng),現(xiàn)在上升到了政府層面,表達(dá)了政府高層及產(chǎn)業(yè)主管部門對(duì)3d打印行業(yè)的認(rèn)可和重視?!?/span>

一直以來(lái),3d打印材料被視為產(chǎn)業(yè)瓶頸之一。為此,《推進(jìn)計(jì)劃》鼓勵(lì)優(yōu)勢(shì)材料生產(chǎn)企業(yè)從事3d打印專用材料研發(fā)和生產(chǎn),針對(duì)航空航天、汽車、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的重大需求,突破一批3d打印專用材料。到2016年,基本實(shí)現(xiàn)鈦合金、高強(qiáng)鋼、部分耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等專用材料的自主生產(chǎn),滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的需求。

羅軍表示,在材料領(lǐng)域,將有更多企業(yè)介入,材料種類將顯著增加,成本在未來(lái)三五年可能大幅下降。 

同時(shí),《推進(jìn)計(jì)劃》提出將大力推進(jìn)應(yīng)用示范,包括著重解決金屬材料3d打印在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用問(wèn)題,在具備條件的情況下,在國(guó)防軍工其他領(lǐng)域予以擴(kuò)展;以及完善個(gè)性化3d打印醫(yī)療器械在產(chǎn)品分類、臨床驗(yàn)證、產(chǎn)品注冊(cè)、市場(chǎng)準(zhǔn)入等方面的政策法規(guī)。

對(duì)行業(yè)企業(yè)而言,這份國(guó)家計(jì)劃期盼已久?!斑@份政策層面的指導(dǎo)性文件,超出我們的預(yù)期,足以看到了國(guó)家對(duì)3d行業(yè)的重視。雖然具體怎么落實(shí),如何推進(jìn)等細(xì)節(jié)問(wèn)題還看不出,但有一點(diǎn)很明顯:3d行業(yè)在未來(lái)制造行業(yè)具有不可取代的作用?!眹?guó)際3d打印巨頭stratasys大中華區(qū)總經(jīng)理汪祥艮先生表示,在制造領(lǐng)域的價(jià)值未來(lái)潛力很明確,尤其提到航空航天、軍工、汽車制造、醫(yī)療等領(lǐng)域,符合行業(yè)應(yīng)用的未來(lái)趨勢(shì)。


3d打印減少碳排放


傳統(tǒng)制造業(yè)往往是污染和浪費(fèi)的代名詞,而3d打印則能有效地減少制作過(guò)程中所產(chǎn)生的垃圾和二氧化碳,從而給環(huán)境帶來(lái)積極的影響。

3d打印,如何讓制造領(lǐng)域更加環(huán)保?美國(guó)密歇根教授約書亞?皮爾斯日前發(fā)布的一份報(bào)告稱,3d打印直接應(yīng)用于制造領(lǐng)域不僅便宜,也更環(huán)保。他發(fā)現(xiàn),一個(gè)基本的3d打印機(jī)制作的項(xiàng)目比用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)要減少41%-64%的能量,同時(shí)還可以節(jié)省原材料的使用,比如有些模具用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)通常是實(shí)心的,而3d打印可以制造出部分甚至完全中空的模具。

“這種生產(chǎn)方式使用的材料幾乎沒(méi)有浪費(fèi),既節(jié)省成本,又帶來(lái)環(huán)境效益;還能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)本土化,減少運(yùn)輸需求,客戶只需為‘制圖’付費(fèi),并在當(dāng)?shù)卮蛴〕鲂枰漠a(chǎn)品,這樣便減少了長(zhǎng)途運(yùn)輸需求及溫室氣體排放?!痹趖mt展覽會(huì)上,stratasys展臺(tái)前的技術(shù)人員向觀眾演示說(shuō)。

記者看到,stratasys的工作人員演示將計(jì)算機(jī)上的三維圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至3d打印機(jī):把計(jì)算機(jī)里的三維圖像直接“打印”制作成實(shí)物,這就是3d打印機(jī)的功能。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同,打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”,與電腦連接后,通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái),最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。整個(gè)生產(chǎn)制作過(guò)程有點(diǎn)像搭積木:材料逐層添加,直至最終成型。

據(jù)介紹,stratasys現(xiàn)在生產(chǎn)的3d打印機(jī)主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)研發(fā)與快速制造?!昂荛L(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),3d打印機(jī)主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)研發(fā),但隨著技術(shù)的成熟、成本的降低,越來(lái)越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用3d打印技術(shù)直接進(jìn)行終端產(chǎn)品的制造。”目前,stratasys為各行各業(yè)提供3d打印解決方案、優(yōu)化傳統(tǒng)制造流程,客戶包括航空航天、汽車、醫(yī)療與牙科,到教育、日用消費(fèi)品與消費(fèi)類電子等領(lǐng)域。此次展會(huì)上,stratasys展出了其全系列3d打印機(jī)產(chǎn)品――靈感系列、創(chuàng)造系列、制造系列和牙科系列,以及業(yè)內(nèi)最廣泛的3d打印材料。




能否引領(lǐng)建筑環(huán)保風(fēng)

當(dāng)3d打印迎來(lái)大發(fā)展,廢舊行業(yè)也已蓄勢(shì)待發(fā)。

2014年4月,上海盈創(chuàng)裝飾公司,在位于上海的張江高新青浦園區(qū)內(nèi)打印了10幢一至兩層的毛坯新房。整個(gè)打印過(guò)程,只需要一張圖紙、一臺(tái)電腦、就地取材制造的足夠“油墨”,就可以在24小時(shí)內(nèi)打印出10幢200平方米建筑。

時(shí)隔不到一年,上海盈創(chuàng)裝飾公司的這項(xiàng)技術(shù)更加成熟,并且有了新的作品。近期,在江蘇省一個(gè)工業(yè)園區(qū)內(nèi)展出一幢五層高樓,這是該公司使用3d打印機(jī)建造出的世界首套3d打印別墅,也是迄今為止最高的3d打印樓房。打印出這些樓房的打印機(jī)高21英尺(約6.4米),寬32英尺(約9.8米),長(zhǎng)500英尺(約152.4米)。

值得關(guān)注的是,打印耗材主要是可回收建筑垃圾、玻璃、鋼筋以及水泥等。“3d打印房屋的優(yōu)勢(shì),首先就是成本大幅降低?!庇瘎?chuàng)裝飾董事長(zhǎng)馬義介紹稱,目前打印一套房子成本要10萬(wàn)英鎊(近100萬(wàn)元人民幣),雖然不菲,但比同樣的普通建造的房子便宜了很多。

另外在環(huán)保方面,建筑行業(yè)普遍存在碳排放量過(guò)高的情況,但是使用3d打印技術(shù),廢料、垃圾等都可以循環(huán)再利用。另外,3d打印建筑還減少了建筑工人接觸有害材料的危險(xiǎn)。

業(yè)內(nèi)認(rèn)為,3d打印建筑的環(huán)保意義不小,因?yàn)檫^(guò)程中不產(chǎn)生任何揚(yáng)塵和建筑垃圾,可節(jié)約建筑材料30%至60%,工期縮短50%至70%,建筑成本可至少節(jié)省50%以上,還可以將城市所有建筑垃圾經(jīng)過(guò)處理回收到建筑中去,使建筑更加環(huán)保、節(jié)能、耐久。

“未來(lái)這項(xiàng)新的3d打印建筑技術(shù)還將繼續(xù)優(yōu)化,朝著更干凈、更簡(jiǎn)單、噪音更小的方向發(fā)展?!瘪R義表示。

廢舊塑料攀上高新技術(shù)

當(dāng)下,塑料是最普及的打印材料,隨著3d打印高新技術(shù)的普及,廢舊塑料迎來(lái)新的發(fā)展空間。

“相較于其他原料來(lái)說(shuō),塑料的各項(xiàng)參數(shù)較為符合三維打印技術(shù),同時(shí)塑料的可塑性較高,比其他類型的原料更容易操作,所以現(xiàn)在很多采用3d打印的模型都是用的這種原料。”羅軍分析認(rèn)為,就目前情況來(lái)說(shuō),3d打印技術(shù)如果采取專業(yè)生產(chǎn)的塑料,可能將會(huì)耗費(fèi)較多費(fèi)用。而來(lái)自世界各國(guó)的專家研究發(fā)現(xiàn),將廢舊塑料重新利用也可以達(dá)到同樣的打印效果。

攀上現(xiàn)代化的3d打印技術(shù),廢塑料有望在高新技術(shù)行業(yè)發(fā)揮巨大作用。廢舊塑料成為打印材料,不僅為我國(guó)印刷行業(yè)提供了新的材料,還避免了原來(lái)處理塑料的金錢。對(duì)于那些生產(chǎn)型企業(yè)來(lái)說(shuō),也能從廢舊塑料獲取一些額外的利潤(rùn),可謂一舉多得。

由于3d印刷基本都是按需取材,使用的材料主要有塑料長(zhǎng)絲、金屬粉末或碳纖維等,甚至還有一些采用熔融沉積造型技術(shù)的打印機(jī)可利用可降解塑料來(lái)進(jìn)行生產(chǎn),因此大大減少了材料浪費(fèi)。除此之外,3d印刷技術(shù)可以讓人們更方便地生產(chǎn)出替代零件,從而延長(zhǎng)整個(gè)產(chǎn)品的使用壽命,避免其在出現(xiàn)零件故障的時(shí)候就被扔掉。

“以前很多產(chǎn)品都需要跨越千山萬(wàn)水才能到達(dá)最終目的地。而有了3d印刷技術(shù)之后,這些產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝備工作都可以在當(dāng)?shù)赝瓿?。人們只需要運(yùn)輸原材料就可以了,而且這些原材料所占的空間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于成品。”羅軍指出。

但也有研究表明,3d打印機(jī)本身也存在著一些不夠環(huán)保的因素。比如一臺(tái)3d打印機(jī),通常會(huì)浪費(fèi)40%-45%的墨水。如果打印機(jī)用完后沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉,也會(huì)耗掉比平時(shí)更多的電。隨著3d打印機(jī)的普及,打印機(jī)制造商也應(yīng)該想辦法如何解決這些問(wèn)題。

有專家認(rèn)為,3d打印環(huán)保便捷、利國(guó)利民,國(guó)家出臺(tái)《推進(jìn)計(jì)劃》預(yù)示著3d產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)高速發(fā)展,但行業(yè)內(nèi)的實(shí)施細(xì)則還需研究,同時(shí)還需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)和引進(jìn),加大資源利用的研究力度,讓更多的原材料加入進(jìn)來(lái),變廢為寶,實(shí)現(xiàn)再生資源的循環(huán)利用。(本文來(lái)源:解放日?qǐng)?bào))
 

   
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